石明超 周 洋 杜 飛

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦)

近海破碎金礦體開采人工假底設(shè)計與施工

石明超 周 洋 杜 飛

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦)

為了有效回采礦體 ，提高資源利用率，對三山島金礦新立礦區(qū)西南部破碎礦體開采過程中人工假底的設(shè)計與施工進行研究。分析人工假底的承載原理，根據(jù)簡支梁與薄板理論分析人工假底的失穩(wěn)機理，參照國內(nèi)外礦山相關(guān)經(jīng)驗，并結(jié)合礦山工程地質(zhì)情況，對-165 m中段人工假底進行設(shè)計并施工，形成較穩(wěn)定的混凝土人工假底，為回采-200 m中段頂柱提供良好的條件。

近海破碎礦體 進路充填采礦法 人工假底 失穩(wěn)機理

三山島金礦是我國第一個從事大陸架濱海礦床地下開采的硬巖礦山，新立礦區(qū)礦體大部分位于海水以下，礦體東北部已封閉，往西南方向尚有遠景儲量[1-2]。新立礦區(qū)西南部119#～159#勘探線-165 m水平新發(fā)現(xiàn)礦體，厚14～45 m，傾角為60°～75°。礦體穩(wěn)固性差，礦巖破碎，斷層節(jié)理發(fā)育，且礦體向深海延伸，安全風險更大，當前的點柱上向水平分層充填采礦法難以適應(yīng)西南部深海礦床開采技術(shù)要求。為此，礦山與高校合作，對該區(qū)域礦巖穩(wěn)定性進行評價，提出采用進路充填采礦法回采，同時為確保該區(qū)域的穩(wěn)定性，且有效回收-200～-165 m中段的頂?shù)字?，礦體總體設(shè)計時考慮在-165 m中段施工混凝土人工假底，為-165 m中段以下礦體開采提供安全的作業(yè)環(huán)境。

1 人工假底設(shè)計理論

1.1 人工假底承載原理

人工假底是采用混凝土與鋼筋構(gòu)筑的頂板，并與采場兩側(cè)原巖或充填體搭接形成一個整體。當回采假底下部礦體時，假底代替礦柱承載上部采場充填體的荷載作用，兩側(cè)原巖或充填體對假頂形成向上的支撐作用，實現(xiàn)假底的承載作用[2]，見圖1。

1.2 人工假底失穩(wěn)機理

通過建立簡支梁力學模型和薄板力學模型[3-5]，計算人工假底在上部充填體荷載作用下假頂?shù)膽?yīng)力應(yīng)變，分析得出人工假底最危險面在假底的幾何中心線上，且在假底的上部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在假底的下部產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于人工假底采用混凝土構(gòu)筑，抗壓強度較高，抗拉強度較小，因此，人工假底破壞主要受拉應(yīng)力影響，即假底最終在下表面拉應(yīng)力作用下發(fā)生拉伸破壞，造成假底失穩(wěn)。目前隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，很多礦山在構(gòu)筑人工假底時在底部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，增強抗拉強度，提高了假底的穩(wěn)定性。

圖1 人工假底承載原理

2 人工假底設(shè)計與施工

2.1 人工假底設(shè)計

根據(jù)國內(nèi)外礦山(前蘇聯(lián)佐茨克礦、金川礦、焦家礦、新城礦等)的人工假底施工參數(shù)，結(jié)合三山島金礦新立礦區(qū)西南部的現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，確定人工假底設(shè)計參數(shù)：底筋網(wǎng)主筋直徑為12 mm，網(wǎng)度為1 000 mm×900 mm(橫向×縱向)；副筋直徑為8 mm，網(wǎng)度為500 mm×300 mm(橫向×縱向)；人工假底澆注厚度為0.4 m。

2.2 人工假底施工

人工假底構(gòu)筑工藝相對復雜、要求高，直接影響著其強度和穩(wěn)定性，必須按照設(shè)計步驟按質(zhì)按量完成。其主要作業(yè)工序包括清理底板、鋪設(shè)碎礦墊層和塑料薄膜、鋪設(shè)底筋網(wǎng)、制備并澆注混凝土。

(1)清理底板并鋪設(shè)碎礦墊層和塑料薄膜。進路回采結(jié)束后進行人工平場，將進路或分層道底板殘留碎礦扒平，使底板平整，鋪設(shè)200～300 mm厚碎礦墊層，再鋪蓋2層塑料薄膜。

(2)鋪設(shè)底筋網(wǎng)。在塑料薄膜上放置磚塊或碎石塊，再鋪設(shè)底筋網(wǎng)，將底筋網(wǎng)架高0.1～0.2 m，從而使其完全被打底料漿包裹，增加整體強度。底筋網(wǎng)主筋直徑為12 mm，網(wǎng)度為1 000 mm×900 mm(橫向×縱向)；副筋直徑為8 mm，網(wǎng)度為500 mm×300 mm(橫向×縱向)。橫筋在下，縱筋在上，相交處用11#(φ3 mm)鐵絲纏繞加固，底筋網(wǎng)中縱向主筋距相鄰進路邊界均為0.5 m。主筋沿進路方向延長搭接長度不小于350 mm，副筋沿進路方向延長搭接長度不小于150 mm。底筋網(wǎng)布置結(jié)構(gòu)見圖2。一步進路回采時兩幫為礦體，將底筋網(wǎng)中橫向主筋兩端分別加長0.85 m，并貼側(cè)幫豎立，見圖3；二步進路回采時兩幫為充填體，將一步進路假底預留的豎立橫向主筋全部揭露出來，并將其拉直，用11#鐵絲纏繞搭接，搭接長度不小于350 mm，見圖4。

圖2 人工假底底筋網(wǎng)布置結(jié)構(gòu)(單位：mm)

圖3 一步進路假底鋪設(shè)剖面(單位：mm)

圖4 二步進路假底鋪設(shè)剖面(單位：mm)

(3)澆注混凝土。澆注混凝土厚度為0.4m，每立方米混凝土加水、水泥、砂、碎石分別為200,250,750,1250kg。要求碎石塊度均勻，粒徑約為20～40mm，碎石在進攪拌機斗前應(yīng)先進行沖洗；水泥標號為425#；使用中粗砂。邊澆注混凝土邊架高底筋，且采用振搗棒搗實，澆注完成后應(yīng)有專人灑水，養(yǎng)護時間不得小于14d。施工現(xiàn)場見圖5。

圖5 現(xiàn)場假底施工

3 結(jié) 論

通過分析人工假底的承載原理和失穩(wěn)機理，根據(jù)國內(nèi)外礦山人工假底施工經(jīng)驗，結(jié)合三山島金礦新立礦區(qū)西南部工程地質(zhì)情況，選擇經(jīng)濟、合理、安全的假底參數(shù)，按質(zhì)按量施工，達到了良好的效果，為同類人工假底工程提供了借鑒。

[1] 彭 康,李夕兵.基于響應(yīng)面法的海下框架式采場結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].中南大學學報:自然科學版，2011(8):2417-2423.

[2] 趙國彥.海基硬巖礦床的安全開采技術(shù)研究[J].中國安全科學學報，2009，19(5)：159-166.

[3] 朱和玲.基于開采環(huán)境再造人工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠度研究[D].長沙：中南大學,2008.

[4] 郭翔宇,王文會,蒙紅榮，等.下向分段人工假頂嗣后充填采礦法[J].有色金屬：礦山部分,2001(3):2-4.

[5] 王一鳴.現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)[J].科學與財富,2011(7):97-98.

2014-12-01)

石明超(1987—)，男，助理工程師，261442 山東省萊州市。